INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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1 PROGRAMA SINTETICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Metrología Acústica SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno explicará los fundamentos teóricos y principios de operación de los instrumentos de medición acústica, como son: los medidores de reverberación, de eco, de intensidad de ruido, tomografía sónica, de aplicaciones médicas, de fenómenos sísmicos. Utilizará herramientas computacionales en mediciones acústicas, de acuerdo a las normas nacionales e internacionales. CONTENIDO SINTÉTICO: I.- Definiciones y Conceptos Generales de Medición. II.- Conceptos Básicos de la Metrología Acústica. III.- Organismos de Normalización, Patrones de Medida, y Unidades de Medición. IV.- Instrumentos de Medición en Audio. V.- Instrumentos de Medición en la Acústica. VI.- Procesamiento de Señales Digitales. VII.- Herramientas Computacionales en las Mediciones Acústicas y de Audio. METODOLOGÍA: Exposición por parte de los alumnos de algunos temas, haciendo énfasis en los fundamentos formales de cada tópico y presentando problemas que refuercen dichos conceptos. Realización de prácticas en el laboratorio relacionadas con el diseño de instrumentos de medición y el diseño asistido con técnicas computacionales de dichos instrumentos, haciendo énfasis en los sistemas abiertos basados en UNI. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales que tendrán un valor de 70% de la calificación y el 30% restante de prácticas en el laboratorio, participación en actividades individuales y de equipo, tareas y ejercicios los cuales complementarán la evaluación de acuerdo con los criterios del profesor. Por otra parte, el alumno deberá diseñar e implementar un instrumento de medición con el fin de reforzar sus habilidades prácticas. BIBLIOGRAFÍA: Beranek, Leo L., Acoustical Measurements, Acoustical Society of America, B. Aires 1988 revised edition, 364 págs. Cooper, William D., Helfrick Albert D. Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición. Prentice Hall México. 1999, 297 págs. Larry, Jones Chin A. Foster. Electronic Instruments and Measurements. John Wiley & Sons, USA. 1987, 295 págs.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Acústica COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Metrologia Acústica SEMESTRE: Octavo CLAVE: 050 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico- Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS /SEMANA/TEORÍA: /SEMANA/PRÁCTICA: /SEMESTRE/TEORIA: 54 /SEMESTRE/PRACTICA: 27 /TOTALES: 81 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Unidad Culhuacan y Zacatenco Ing. Ernesto Mercado Escutia M. en C. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.

3 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 2 DE 11 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA La asignatura de Metrología Acústica resulta de gran importancia porque contribuye a formar en el alumno la capacidad de realizar mediciones e interpretarlas aplicando conocimientos de resolución de mallas de acuerdo con la teoría de Norton, Thevenin, leyes de Kirchoff, divisores de tensión, divisores de corriente, con el fin de diseñar los principales sensores de acuerdo con el principio de los galvanómetros, pero utilizando las interfases necesarias para el acoplamiento en los sistemas de visualización, los cuales pueden ser analógicos, digitales, gráficos. También es necesario que el estudiante entienda la Transformada de Fourier, como herramienta para construir instrumentos como son: los analizadores de espectro, medidores de ruido, filtros en alta y baja frecuencia, entre algunos otros. Fortaleciendo con esta asignatura las necesidades de Mediciones en general de la carrera de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica debido a las investigaciones que se han realizado en el procesamiento de señales digitales, por lo que se hace necesario también el dominio de herramientas computacionales existentes, principalmente la tecnología conocida como Medición Acústica Asistida por Computadora, o sistemas CAM (Computer Aided Acoustical Meassurement). La asignatura de Metrología Acústica tiene como antecedentes para desarrollar esta área específica, las asignaturas: Señales y Vibraciones, Electroacústica y Transductores y Circuitos de CA y CD, sirviendo como soporte para la especialidad de Acústica, al proporcionar los conocimientos fundamentales relativos al campo de las mediciones acústicas. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno explicará los fundamentos teóricos y principios de operación de los instrumentos de medición acústica, como son: los medidores de reverberación, de eco, de intensidad de ruido, tomografía sónica, de aplicaciones médicas, de fenómenos sísmicos. Utilizará herramientas computacionales en mediciones acústicas, de acuerdo a las normas nacionales e internacionales.

4 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 3 DE 11 UNIDAD I NOMBRE: Definición y Conceptos Generales de Medición. El alumno definirá los principales términos, vocablos, y otros símbolos que se utilizan en la metrología acústica. Realizará mediciones de los fenómenos físicos (y algunos psico-subjetivos) que involucra el arte y la ciencia de los sonidos en la acústica Definición de Metrología. Campo de aplicación Vocabulario empleado en Metrología. Exactitud, Precisión Tipos de error: Gruesos, sistemáticos, aleatorios. El sistema internacional de unidades SI. Unidades fundamentales. Unidades suplementarias. Unidades derivadas. Patrones de medida: Patrones internacionales, patrones primarios, patrones secundarios, patrones de trabajo. Patrón de medida empleado en acústica. Laboratorios nacionales de Metrología. El sistema metrológico en México. Sistema Nacional de Calibración (SNC). El Sistema Nacional de Acreditamiento de Laboratorios de Prueba (SINALP). Subtotal 6.0 Búsqueda de definiciones y conceptos por parte del alumno con la guía del profesor. Formación de pequeños grupos para la presentación de términos localizados. Discusión de conceptos, uso y diferenciación de términos. Reportes sobre las actividades de los laboratorios nacionales de metrología. Primer examen departamental unidades I, II y III. 80%

5 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 4 DE 11 UNIDAD II NOMBRE: Conceptos Básicos de Metrología Acústica El alumno realizará operaciones con decibeles para expresar magnitudes acústicas eléctricas y mecánicas, en casos estudiados El decibel para expresar magnitudes eléctricas. El dbm, el dbu y el dbv. El decibel para expresar magnitudes acústicas: Nivel de potencia acústica, nivel de intensidad acústica y nivel de presión acústica. El decibel para expresar magnitudes mecánicas. Leyes de Kirchoff, thevenin, Norton Divisores de voltaje y corriente. Sensores 1,5 Subtotal 6.0 Diferenciación de decibeles que expresan diferentes magnitudes. Representación de diversos valores en decibeles. Terminología utilizada en la industria nacional e internacional. Solución de problemas propuestos por el profesor. Búsqueda de diversos tipos de sensores en la bibliografía propuesta y en páginas web de los fabricantes. Primer examen departamental junto con las unidades I, II y III. 80%

6 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 5 DE 11 UNIDAD III NOMBRE: Organismos de Normalización, Patrones y Unidades de Medición El alumno describirá las normas respectivas que han elaborado los organismos internacionales y nacionales que desarrollan actividades de normalización en el área de Acústica. 3.1 Organismos internacionales de normalización Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), Organización Internacional de Normalización, Organización Internacional de Metrología Legal (OIML). 3.2 Organismo nacional de normalización: Dirección General de Normas (DGN). 3.3 Normas empleadas en Acústica. 3.4 Internacionales: ISO, IEC, OIML, ANSI, ASM. 3.5 Nacionales: NOM, NM. Subtotal Búsqueda de información sobre los organismos internacionales y nacionales de normalización por parte del alumno. Exposición de los temas trabajados y comentarios del profesor para enriquecer la información obtenida y clasificarla. Elaboración de resúmenes para cada uno de los organismos. Análisis y criterios de normalización de los organismos nacionales e internacionales en grupos reducidos. Diferenciación de las normas nacionales y extranjeras de acuerdo a los análisis efectuados. Primer examen departamental junto con unidades I y II. 80%

7 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 6 DE 11 UNIDAD IV NOMBRE: Instrumentos de Medición de Audio El alumno explicará las características y principio de operación de los galvanómetros, parte fundamental de los instrumentos empleados para mediciones de audio y operará los instrumentos para medir diferentes tipos de señales de audiofrecuencias en el laboratorio Galvanómetros y visualización digital de señales Vóltmetros de corriente alterna empleados en audio. El vúmetro. Generadores de audio Generadores senoidales. Generadores de ruido rosa y ruido blanco. Analizadores de distorsión armónica. Puente de Winstone Subtotal Búsqueda de información relacionada con los instrumentos de medición por parte del alumno y con la guía del profesor. Clasificación de los instrumentos de medición de acuerdo a los modelos encontrados. Comentarios del profesor sobre el uso de cada tipo de instrumento en los sistemas de audio. Discusión en mesas redondas de la interconexión entre estos equipos de audio auxiliados por el profesor. Ejercicios relacionados con el análisis de cada instrumento. Prácticas de laboratorio, realizando mediciones de audio. Segundo examen departamental unidades IV y V. 70% Prácticas de laboratorio reportadas. 10%

8 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 7 DE 11 UNIDAD V NOMBRE: Instrumentos de Medición en la Acústica El alumno explicará el principio de operación, las características y la aplicación de los instrumentos empleados para mediciones acústicas El sonómetro. Sonómetros integradores. Dosímetro. Monitor de nivel sonoro. Micrófonos de medición. Calibradores acústicos: Calibrador de nivel de presión acústica y pisto fono. Analizadores de espectro: por bandas de 1/1 y 1/3 de octava. Analizadores de tiempo real. Medidores de intensidad acústica. Analizadores de transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform, FFT). Analizadores de tiempo, energía y frecuencia (TEF). Maya eléctrica para medición de corriente y voltaje subtotal Búsqueda bibliográfica adicional a la propuesta, en pequeños grupos y presentación de resultados con la guía del profesor. Exposición de los temas trabajados en grupos reducidos con la colaboración del profesor. Clasificación de los equipos de medición y análisis de sus características. Uso de las técnicas de medición en espacios cerrados y abiertos. Solución de ejercicios propuestos por el profesor. Prácticas de laboratorio, realizando mediciones de señales de audio y ruido ambiental. Segundo examen departamental junto con la unidad IV. 70% Prácticas de laboratorio reportadas. 10%

9 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 8 DE 11 UNIDAD VI NOMBRE: Procesamiento de Señales Digitales El alumno aplicará los principios básicos del audio digital, para el análisis y conversión de las señales de audio analógico a digital y viceversa. 6.1 Conversión analógico-digital (A/D) 6.2 Conversión digital-analógica (D/A) 6.3 Programación de DSPs. 6.4 Operadores y transformadores de señal 6.5 Transformada Rápida de Fourier Subtotal 10.5 Búsqueda de información relacionada con la conversión de señales en diversos medios. Clasificación de la información y diferenciación de los términos utilizados en estos temas. Conclusión de resultados para homogeneizar los conceptos en el grupo. Ejercicios sobre las técnicas de programación de DSPs propuestos por el profesor. Explicación de la transformada rápida de Fourier con ejemplos sencillos en acetato o video. Tercer examen departamental junto con unidad VII. 70% Prácticas de laboratorio reportadas. 10%

10 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 9 DE 11 UNIDAD VII NOMBRE: Herramientas Computacionales en las Mediciones Acústicas y de Audio. El alumno aplicará las herramientas computacionales como sistema de control de instrumentos y como instrumento de medición en el área de Acústica. 7.1 Fundamentos de la programación de sistemas. 7.2 Fundamentos de la programación con C, C++, C Sharp y Java. 7.3 Programación de entrada y salida de datos. 7.4 Elementos de la programación gráfica. 7.5 Procesadores de Señales Digitales (SDKs). Subtotal Trabajo de investigación sobre las técnicas de programación para valorar su aplicación de cada uno de ellas. Exposición por parte del alumno con asesoría y apoyo del profesor. Resolución de ejercicios de programación con ayuda del profesor. Uso de recursos audiovisuales para analizar la arquitectura de los procesadores de señales digitales. Análisis y/o ventajas en clase de la programación gráfica. Reporte de prácticas de laboratorio de la realización de programación en los procesadores digitales de señal. Tercer examen departamental junto con la unidad VI. 70% Prácticas de laboratorio reportadas. 10%

11 RELACIÓN DE PRÁCTICAS HOJA 10 DE 11 PRACT. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN 1 Medición de la respuesta en IV frecuencia de equipo de audio 2 Medición de la relación señal a ruido de equipo de audio. IV Las prácticas se realizarán en el laboratorio de acústica 3 Medición del margen de tolerancia (HEADROOM) IV 4 Medición de la distorsión armónica total de equipo de audio. V 5 Medición de la sensibilidad de altavoces. V 6 Medición de ruido ambiental usando sonómetro, V 7 Programación de un componente de medición VII 8 Programación de la tarjeta de sonido VII 9 Rutinas de comunicaciones de un sistema mínimo VII TOTAL 27.0

12 ASIGNATURA: Metrología Acústica CLAVE: 050 HOJA 11 DE 11 PERÍODO 1 UNIDAD I, II, III Primer examen departamental % Ejercicios realizados en clases % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % 2 IV, V Segundo examen departamental % Ejercicios realizados en clases % Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % 3 VI, VII Tercer examen departamental % Ejercicios realizados en clases % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos % CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 Beranek, Leo L., Acoustical Measurements, 1988 revised edition, 364 págs. Acoustical Society of America, B. Aires 2 3 Cooper, William D., Helfrick Albert D. Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición. Prentice Hall México. 1999, 297 págs. Larry, Jones Chin A. Foster. Electronic Instruments and Measurements. John Wiley & Sons, USA. 1987, 295 págs Metzler Bob. Audio Measurement Handbook, USA. 1986, 245 págs. Ballou Glen M. Handbook for Sound Engineers. The New Audio Cyclopedia. SAMS. USA. 1997, 324 págs. Everst Alton F. The Master Handbook of Acoustics. McGraw-Hill, USA. 1985, 237 págs. National Instruments. Instrumentation Reference and Catalogue USA págs.

13 1.- DATOS GENERALES PERSONAL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE: Octavo ÁREA: C. BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. Y HUM. ACADEMIA: Acústica ASIGNATURA: Metrología Acústica ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica. 2.- OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno explicará los fundamentos teóricos y principios de operación de los instrumentos de medición acústica, como son: los medidores de reverberación, de eco, de intensidad de ruido, tomografía sónica, de aplicaciones médicas, de fenómenos sísmicos. Utilizará herramientas computacionales en mediciones acústicas, de acuerdo a las normas nacionales e internacionales. 3.-PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES De física y matemáticas para definir las señales y vibraciones en forma analítica para demostrar su comportamiento en diferentes aplicaciones. En el área de electrónica, física y acústica. Análisis matemático de física y acústica Comunicar. Manejo del equipo electrónico y mecánico del laboratorio. Mostrar tolerancia hacia los alumnos en razón a los cuestionamientos que se le realizan y así mismo demostrar y fomentar la responsabilidad hacia su materia. Ética. Compromiso social ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Flavio Mancera Olivares Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Ernesto Mercado Escutia Ing. Miguel Ramírez Montiel Ing. Guillermo Santillán Guevara M. en C. Jesús Reyes García Presidentes de Academia Subdirectores Académicos Directores de Acústica FECHA: